Антибиотик-индуцированные изменения микробиома желудочно-кишечного тракта и их коррекция | Усенко Д.В.

Статья посвящена проблеме антибиотик-индуцированных изменений микробиома желудочно-кишечного тракта и их коррекции. Обобщены современные исследования о краткосрочных и долгосрочных последствиях воздействия антибиотиков на организм, а также возможностях применения пробиотиков для их нивелирования. Подробно рассмотрено негативное последствие антибактериальной терапии — антибиотико-ассоциированная диарея.

   Введение

   В течение последних двух десятилетий микробиота кишечника была признана фундаментальным «игроком», который отвечает как за течение физиологических процессов, так и за развитие патологических состояний человека. Триллионы бактерий, обитающие в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) человека, формируют его микробиом, несущий в себе огромный генетический материал [1]. Невозможно отделить геном человека и регулируемые им физиологические процессы от генома микробиоты, вместе формирующих метагеном. Это означает, что хозяин может выполнять функции, которые не кодируются собственным геномом: комменсалы защищают от инвазии патогенов, регулируют извлечение энергии из пищи, синтезируют ключевые молекулы для развития тканей, при этом их видовой состав четко ассоциирован с конкретным отделом ЖКТ [2–4].

    Состав микробиоты ЖКТ

   В настоящее время определены 4 основные филы, охватывающие более 90% общей популяции бактерий, присутствующих в ЖКТ, а именно: Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteobacteria, и многие дополнительные незначительные филы, включая Verrucomicrobia и Fusobacteria. Фила Firmicutes состоит в основном из грамположительных, аэробных и анаэробных бактерий. Ее ключевыми представителями являются бактерии Clostridia, в числе которых присутствуют как полезные (например, C. scindens, кластер IV–XIVa), так и потенциально патогенные (например, C. difficile, C. perfrigens) виды. Потенциально патогенные стрептококки, энтерококки и стафилококки также относятся к филе Firmicutes. Bacteroidetes — это грамотрицательные бактерии, очень хорошо адаптированные к кишечной среде, ферментирующие неусваиваемые углеводы, синтезирующие короткоцепочечные жирные кислоты — молекулы, которые участвуют во множестве важных физиологических процессов. Фила Actinobacteria представлена главным образом грамположительными бактериями — микроорганизмами, которые традиционно считаются полезными, такими как род Bifidobacterium. В состав филы Proteobacteria входят грам­отрицательные бактерии, в первую очередь семейство Enterobacteriaceae, включая E. coli и K. pneumoniae. В норме их не очень много, но при дисбактериозе их количество увеличивается.

    Антибиотики и микробиота

    По мере накопления знаний о составе и функциях микробиоты ЖКТ стало очевидно, что помимо большого числа внешних факторов, приводящих к снижению концентрации ее нормальных обитателей, существенно большее негативное влияние на микробиоту оказывают антибактериальные препараты. Открытие пенициллина, а в последующем и новых групп антимикробных препаратов радикально изменило подходы к лечению инфекционных заболеваний и его результаты. Ученые и врачи в конце 1960-х гг. уже предвидели победу в борьбе с инфекционными болезнями благодаря появлению антибиотиков и развитию вакцинации. В своем выступлении в конгрессе США в 1969 г. президент Международной ассоциации хирургов Вильям Стюарт заявил: «Учитывая достижения антибактериальной терапии и программ вакцинации, в ближайшее время можно будет закрыть книгу инфекционных болезней…». Сегодня мы прекрасно понимаем ошибочность данных оценок. Приходится констатировать, что возможности контроля над микробным сообществом снижаются. Патогенные микроорганизмы приобрели генетическую устойчивость к широкому спектру антибиотиков вследствие их избыточного и неконтролируемого применения.
    Помимо формирования антибиотикорезистентных штаммов микроорганизмов применение антибиотиков в значительной степени разрушает экологию микробиома человека. Дисбиотически измененный микробиом не может выполнять жизненно важные функции, такие как пищеварительная, синтетическая, а также обеспечение колонизационной резистентности и регуляции иммунной системы организма [3]. Влияние этих процессов выходит далеко за пределы ЖКТ, а спектр патологических состояний и дисбиоз-опосредованных состояний включает метаболические (ожирение, диабет 1 и 2 типа), иммунологические (атопический дерматит, бронхиальная астма) заболевания, а также повышенную восприимчивость к развитию инфек­ционных заболеваний (повышенный риск развития Clostridium difficile-обусловленных заболеваний, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella oxytoca, Staphylococcus aureus, а также Candida) [4]. Необходимо понимать, что все эти последствия являются непреднамеренными результатами применения антибиотиков, а следовательно, требуют проведения дополнительных мероприятий по их коррекции и предотвращению.

    Антибиотико-ассоциированная диарея

   

Наиболее частым и клинически значимым негативным последствием антибактериальной терапии принято считать антибиотико-ассоциированную диарею (ААД). Выраженность симптомокомплекса, развившегося на фоне антибиотикотерапии, может варьировать от незначительного преходящего интестинального дискомфорта до тяжелых форм диареи и колита [5–7].
    Практически все антибактериальные препараты, особенно активные в отношении анаэробов, способны вызывать ААД. По данным L. McFarland [8], ААД встречается в 5–10% случаев при применении ампициллина, в 10–25% — цефалоспоринов II поколения и лишь в 2–5% случаев — при использовании других антибактериальных препаратов, таких как тетрациклин, макролиды (эритромицин), нитрофурантоин, ко-тримоксазол, фторхинолоны, аминогликозиды (канамицин, гентамицин). Было показано, что у больных, в терапии которых использовались ампициллин и амоксициллин/клавуланат, ААД наблюдалась в 5–10 и 10–25% случаев соответственно. При этом на вероятность развития ААД не влияет способ введения препарата. К примеру, при пероральном приеме наряду с влиянием на кишечную микрофлору антибиотики оказывают местное воздействие — непосредственно на слизистую оболочку тонкой кишки; при парентеральном введении антибактериальные препараты воздействуют на микробиоценоз кишечника, выделяясь со слюной, желчью, секретом тонкой и толстой кишки. Существенно повышают риск развития ААД увеличение длительности антибактериальной терапии и проведение ее повторных курсов, комбинация нескольких препаратов, а также использование антибиотиков, выводящихся с желчью. Особенно риск развития ААД возрастает при проведении антибактериальной терапии в педиатрической практике. Так, по данным анкетирования 16 200 пациентов, получавших антибиотики, чаще всего ААД наблюдалась у новорожденных и детей до 5 лет (24%), что подчеркивает важность поддержания микрофлоры ЖКТ у детей в процессе терапии антибактериальными средствами. Несмотря на то, что в большинстве случаев инфекционный агент остается неустановленным, микробиологические исследования показали связь ААД с различными микроорганизмами, такими как Clostridium difficile, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella oxytoca, Staphylococcus aureus, а также грибы рода Candida [9, 10]. Однако наиболее тяжелые формы ААД, в частности псевдомембранозный колит, обусловлены воздействием C. difficile. Наряду с вышеуказанными микроорганизмами причиной ААД могут выступать и другие микробы. Так, J. Boyce et al. сообщают о том, что метициллинрезистентные штаммы S. аureus могут вызывать нозокомиальную ААД, что обусловлено их способностью продуцировать энтеротоксин [11]. В большинстве (до 80%) случаев диарея на фоне антибактериальной терапии имеет неинфекционную природу. И лишь в 15–20% случаев этиологическими факторами являются C. difficile, Clostridium perfringens, S. aureus, K. oxytoca, Candida spp. и Salmonella.
    До настоящего времени нет единого мнения о длительности сохранения нарушений микробиоты после применения антибиотиков. Недавние исследования показали, что последствия применения некоторых антибиотиков имеют долгосрочный характер для фекальной микрофлоры [12–15]. Например, применение клиндамицина приводило к снижению разнообразия Bacteroides в образцах фекалий, росту числа антибиотикоустойчивых клонов Bacteroides, в частности В. thetaiotamicron, а также к сохраняющемуся на протяжении как минимум 2-х лет персистированию гена erm (B) (эритромицинрезистентной метилазы) и к возможности не только формирования клона резистентных штаммов, но и его горизонтальной передачи другим бактериям. После применения ципрофлоксацина изменения состава микробиоты ЖКТ регистрировались на протяжении как минимум 6 мес.
     Нарушение метаболической активности облигатной микрофлоры, а также ее количественный дефицит сопровождаются формированием различных нарушений пищеварения, в первую очередь переваривания углеводов, что обусловливает развитие осмотической диареи с потерей больших объемов жидкости. Параллельно с этим снижается синтез нормальными представителями микрофлоры ЖКТ короткоцепочечных жирных кислот, что приводит к уменьшению абсорбции жидкости и электролитов колоноцитами. Метаболическая концепция неинфекционной ААД, развившейся в 1–3-и сут от начала лечения, может быть подтверждена спонтанным купированием симптомов в течение 2 дней после отмены антибиотиков.
    ААД, возникшая в более поздние сроки, в большинстве случаев имеет инфекционную природу и, по всей видимости, обусловлена колонизацией кишечника условно-патогенными штаммами бактерий. Из инфекционных причинно-значимых агентов ААД диареи наиболее серьезным и опасным является Clostridium difficile. По данным зарубежных авторов, диарея, обусловленная Clostridium difficile, составляет 30% всех ААД, 50–75% антибиотико-ассоциированных колитов [16, 17]. Практически все случаи псевдомембранозного колита обусловлены данным микроорганизмом. Несмотря на относительно низкое носительство С. difficile в популяции здорового населения (не более 3%), частота обнаружения данного микроорганизма у пациентов, получающих антибиотики, возрастает до 20%. Как показали данные L. McFarlanda, это связано с экзогенным инфицированием пациентов, а не с активацией микроба при асимптоматическом носительстве бактерий. Наиболее высокий показатель выявления клостридий данного вида регистрируется у новорожденных, хотя и протекает без клинической манифестации, что, по всей видимости, обусловлено отсутствием у них на слизистой оболочке ЖКТ рецепторов к токсинам возбудителей. 
У 15–35% пациентов после первого эпизода С. difficile-ассоциированной диареи наблюдаются рецидивы инфекции, которые связаны с длительным персистированием в кишечнике спор возбудителя или реинфекцией новым штаммом. Исследования последних лет показывают, что восприимчивость к этой инфекции в значительной мере определяется характером иммунного ответа макроорганизма на токсины, продуцируемые С. difficile.
    На сегодняшний день установлено, что ААД вызы­вают только токсигенные штаммы С. difficile. При этом ключевым моментом запуска патогенного потенциала данного микроорганизма является нарушение состава эндо­генной микрофлоры, сопровождающееся снижением колонизационной резистентности. Только в этих условиях C. difficile способна колонизировать слизистую оболочку толстой кишки. Токсины А и В, продуцируемые токсинообразующими штаммами клостридий, нарушают процессы всасывания воды, повреждают стенку кишки, вызывая вос­паление, как следствие, возникают диарея и серьезные нарушения электролитного баланса. Примерно у половины больных с ААД заболевание прогрессирует, развивается довольно тяжелое состояние, сопровождающееся глубоким повреждением кишечной стенки, – псевдомембранозный колит.
    Причиной ААД, вероятно, могут быть и другие микробы. В частности, метициллинрезистентные штаммы S. aureus, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella oxytoca могут вызывать нозокомиальную ААД, что обусловлено их способностью продуцировать энтеротоксин.

    Профилактика антибиотико-ассоциированной диареи

    Высокая частота развития диарейного синдрома у пациентов, получающих антибиотики, обусловливает поиск методов профилактики ААД. Одним из основных подходов к профилактике ААД, наряду с рациональной антибиотикотерапией, является использование эубиотиков — пре- и пробиотиков. К пробиотикам относят живые микроорганизмы — представители в основном облигатной микрофлоры человека, которые при попадании в ЖКТ в достаточном количестве сохраняют свою активность, жизнеспособность и оказывают положительное влияние на здоровье. Механизмы действия пробиотиков включают поддержание колонизационной резистентности, подавление роста патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, а также регуляцию иммунной системы ЖКТ [18–22].
    Механизмы, обеспечивающие колонизационную устойчивость, включают формирование агрессивной среды за счет снижения рН в просвете кишки путем выработки короткоцепочечных жирных кислот, лактата, ацетата, перекисей, продукцию антибиотикоподобных веществ, конкуренцию за субстраты, питающие патогенные бактерии, недоступность для адгезии специфических мест связывания [23].
    Современные исследования подтверждают, что потребление пробиотиков здоровыми людьми может улучшать функцию эпителия кишечника, повышая сопротивляемость инфекциям. Для ряда пробиотиков подтверждена способность усиливать эпителиальную барьерную функцию путем модуляции сигнальных механизмов, таких как каскады, зависимые от нуклеарного транскрипционного фактора 
kB (NF-kB), протеинкиназы Akt, митоген-активируемой протеинкиназы (mitogen-activated protein kinase — MAPK). Это приводит к усилению секреции слизи [24] или повышению функционирования плотных контактов (tight junctions), которые представляют собой запирающие межклеточные контакты, задействованные в сигнальных путях, регулирующих пролиферацию, поляризацию и дифференциацию эпителиальных клеток [25, 26]. Исследования in vitro обнаружили, что некоторые пробиотики продуцируют особые метаболиты, которые непосредственно меняют эпителиальную проницаемость и укрепляют целостность защитного барьера.
    Одновременно микроорганизмы-пробиотики могут самостоятельно подавлять рост патогенных микроорганизмов. Например, в исследованиях in vitro показано, что 
штамм Lactobacillus acidophilus Lai вырабатывает соединение с антимикробной активностью, снижающее жизнеспособность Helicobacter pylori [27]. Штамм L. casei

spp. rhamnosus GG продуцирует дефенсины, ингибирующие рост ряда грамотрицательных и грамположительных микроорганизмов [28]. Установлено, что штамм Lactobacillus casei spp. rhamnosus Lcr35 не только синтезирует вещества с антимикробной активностью, но и в экспериментах in vitro препятствует адгезии некоторых энтеропатогенных микроорганизмов к эпителиоцитам кишечника человека.
    С каждым годом опыт применения пробиотиков с целью профилактики ААД пополняется новыми клиническими исследованиями. Согласно заключению рабочей группы по пробиотикам и пребиотикам Европейского общества детских гастроэнтерологов, гепатологов и нутрициологов (ESPGHAN), опубликованному в Journal of Pediatric Gastroenterology & Nutrition (март 2016 г.), наиболее убедительно подтверждена эффективность в профилактике ААД пробиотика S. boulardii и L. casei spp. rhamnosus GG [29]. По результатам анализа 21 рандомизированного плацебо-контролируемого клинического исследования, их использование снижало частоту развития ААД на 52% (с 21,2% до 9,1%, отношение шансов (ОШ) 0,48, 95% доверительный интервал (ДИ) 0,37–0,61)). Их профилактическая эффективность в предотвращении 
    C. difficile-ассоциированной диареи была установлена в 4 исследованиях, в которых участвовали 938 детей (ОШ 0,34, 95% ДИ 0,15–0,76). При этом было показано, что значимый профилактический эффект достигается при использовании пробиотиков в суточной дозировке 1–2 × 10¹⁰ КОЕ для L. casei spp. rhamnosus GG, а также не менее 250 мг, но не более 500 мг — для S. boulardii.
    На отечественном рынке пробиотик Lactobacillus rhamnosus GG в комбинации с пребиотическими фруктоолигосахаридами представлен в синбиотическом средстве Нормобакт L («Польфарма» АО, Польша), разрешенном к применению с 1-го мес. жизни. Необходимо отметить, что профилактика ААД является не единственной целью применения Нормобакта L во время проведения антибиотикотерапии. Не менее важной целью является восстановление дисбаланса микробиома ЖКТ, что, возможно, требует длительной коррекции (не менее 4 нед.).

Поделитесь статьей в социальных сетях